Nouveaux procédés, nouvelles technologies et nouvelles applications pour le titane
Le titane et les alliages de titane possèdent de nombreuses propriétés excellentes.
1. Haute résistance. Les alliages de titane présentent une résistance exceptionnellement élevée, avec des résistances à la traction allant de 686 à 1176 MPa, tandis que leur densité est d'environ 60 % de celle de l'acier, ce qui donne une résistance spécifique très élevée.
2. Dureté élevée. La dureté des alliages de titane (état recuit) est HRC 32–38.
3. Faible module d'élasticité. Le module d'élasticité des alliages de titane (à l'état recuit) est de 1,078×10^(−1) à 1,176×10 MPa, soit environ la moitié de celui de l'acier et de l'acier inoxydable.
4. Excellentes performances à haute et basse température. À haute température, les alliages de titane conservent d'excellentes propriétés mécaniques, leur résistance à la chaleur étant bien supérieure à celle des alliages d'aluminium, et leur plage de températures de fonctionnement est étendue. Actuellement, de nouveaux alliages de titane réfractaires peuvent fonctionner à des températures comprises entre 550 °C et 600 °C. À basse température, la résistance des alliages de titane augmente par rapport à la température ambiante, et ils présentent une bonne ténacité. Les alliages de titane pour basses températures conservent une bonne ténacité même à –253 °C.
5. Le titane possède une forte résistance à la corrosion. À des températures inférieures à 550 °C à l'air libre, le titane forme rapidement une fine couche d'oxyde de titane dense à sa surface. Par conséquent, dans les milieux oxydants tels que l'air, l'eau de mer, l'acide nitrique, l'acide sulfurique et les bases fortes, sa résistance à la corrosion surpasse celle de la plupart des aciers inoxydables.
Nouveaux procédés, technologies et applications du titane
Méthodes de préparation du titane :
Bien que le titane soit relativement abondant dans la nature, sa dispersion et la difficulté de son extraction en font un métal rare. Actuellement, la préparation du titane se divise en deux grandes catégories : la réduction thermique et l’électrolyse en milieu salin fondu.
Méthode de réduction thermique pour la production de titane
La méthode de réduction thermique consiste à utiliser des agents réducteurs puissants tels que Li, Na, Mg, Ca et leurs hydrures à une température donnée pour réduire le titane à partir de ses composés, comme TiCl₄, TiO₂ et K₂TiF₆. Selon le type de composé de titane, la méthode de réduction thermique pour la production de titane peut être divisée en trois catégories :
① La méthode redox pour les chlorures de titane, telle que la méthode Kroll, la méthode Hunter, la méthode Armstrong et la méthode EMR ;
② La méthode redox pour les oxydes de titane, telle que la méthode OS, le procédé PRP et la méthode MHR ;
③ La méthode redox pour les titanates.
Actuellement, seules les méthodes Kroll et Hunter sont appliquées avec succès à l'échelle industrielle. Le procédé Kroll utilise du magnésium métallique pour remplacer le titane issu des chlorures, tandis que le procédé Hunter utilise du sodium métallique. Par ailleurs, le procédé Armstrong, mis au point par la Chicago International Titanium Powder Company aux États-Unis, propose une méthode de préparation similaire au procédé Hunter, utilisant également du sodium comme agent réducteur pour purifier le titane métallique. Les États-Unis ont déjà commencé à utiliser cette méthode pour la préproduction en usine.
Méthode d'électrolyse en sels fondus pour la production de titane
En 1959, Kroll prévoyait que, dans les 5 à 10 années suivantes, l'électrolyse en milieu salin fondu remplacerait sa méthode comme principal procédé de production de titane. Au fil des ans, des instituts de recherche et des laboratoires, tant au niveau national qu'international, ont mis au point plus d'une douzaine de nouvelles technologies de production de titane par électrolyse en milieu salin fondu. Celles-ci peuvent être classées en trois catégories selon les matières premières utilisées :
① Électrolyse des titanates ;
② Électrolyse des chlorures de titane ;
③ Électrolyse des oxydes de titane, y compris la méthode FFC Cambridge, le procédé MER, la méthode USTB, le procédé QIT, la méthode SOM et la méthode d'électrolyse de liquide ionique, entre autres.
Nouvelles applications du titane
Depuis les années 1940, les applications du titane se sont rapidement développées et il est largement utilisé dans l'aéronautique, les fusées, les missiles, les satellites artificiels, les engins spatiaux, les navires de guerre, l'industrie militaire, la médecine et la pétrochimie. Des recherches récentes ont montré que le corps humain contient naturellement du titane, qui stimule les phagocytes et renforce le système immunitaire. C'est pourquoi de nombreux laboratoires se concentrent actuellement sur le développement et l'application du bio-titane.